眾所周知,我國(guó)作為紡織大國(guó),紡織工業(yè)十分發(fā)達(dá),但是在發(fā)達(dá)的紡織工業(yè)背后,產(chǎn)生的各種廢水對(duì)環(huán)境的危害也是十分巨大的,其中以具有成分復(fù)雜､色度深､有毒物質(zhì)多､化學(xué)需氧量高､處理難度大等特點(diǎn)的印染廢水的污染最為嚴(yán)重,每年,我國(guó)都約有6､7億t的印染廢水排入水環(huán)境中,占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的35%,已經(jīng)成為了最主要的水體污染源之一[1]｡

　　針對(duì)復(fù)雜的印染廢水,傳統(tǒng)降解方法難有建樹,隨著高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展,設(shè)備簡(jiǎn)單､操作方便的Fen-ton試劑逐漸被人們引用到處理印染廢水當(dāng)中,其處理效果顯著[2-4]｡Fenton試劑能大量產(chǎn)生具有高效氧化能力的·OH,Fenton試劑產(chǎn)生·OH機(jī)理如下[5]:

　　在人們對(duì)Fenton試劑的進(jìn)一步研究中,發(fā)現(xiàn)了利用Fe0､Fe3+､Cu､電解等來(lái)催化H2O2 產(chǎn)生· OH的方法—類Fenton試劑[6-9],研究表明,類Fenton試劑在處理復(fù)雜廢水時(shí)有著不錯(cuò)的表現(xiàn)[10-13]｡但到目前為止,還未曾見到有系統(tǒng)的對(duì)比H2O2/Fe0､H2O2/Fe2+和H2O2/Fe3+3種體系處理同種廢水的效果的研究成果｡本文首次詳細(xì)對(duì)比論述了3種體系在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)印染廢水COD和色度的去除效果的影響,以期為后續(xù)類Fenton氧化處理印染廢水提供技術(shù)支撐｡

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 廢水特征

　　實(shí)驗(yàn)廢水取至廣東省佛山市某印染廢水廠所有印染工藝之后的混合出水｡其水質(zhì)指標(biāo):pH=2.7,COD=2876.13mg/L,色度=150倍｡

　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　取100mL的水樣于250mL的燒杯中,加入一定量的鐵粉或FeSO4·7H2O或Fe2(SO4)3,調(diào)節(jié)水樣的pH 值,投加一定量的H2O2,形成H2O2/Fe0､H2O2/Fe2+､H2O2/Fe3+3個(gè)不同的反應(yīng)體系,慢速攪拌一定時(shí)間后,投加1.0g的MnO2 粉末并攪拌60min(去除殘留的H2O2),過濾水樣,測(cè)其COD的含量以及色度｡

　　實(shí)驗(yàn)通過pH､不同價(jià)態(tài)鐵元素的投加量､H2O2的投加量和反應(yīng)時(shí)間4個(gè)因素的變化,測(cè)定印染廢水處理后的COD和色度,計(jì)算它們的去除率,考察3種體系對(duì)處理印染廢水的影響｡

　　1.3 分析方法與實(shí)驗(yàn)器材

　　水質(zhì)分析方法:COD采用HJ/T399-2007《快速消解分光光度法》;pH值采用精密PHS-3C型pH計(jì)(上海盛磁儀器有限公司)測(cè)定,色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定｡

　　實(shí)驗(yàn)器材:消解儀､紫外風(fēng)光光度計(jì)､攪拌器｡實(shí)驗(yàn)藥品:雙氧水(30%)､七水合硫酸亞鐵､硫酸鐵､鐵粉､重鉻酸鉀､硫酸銀､濃硫酸(95%)､硫酸汞等,以上藥品均為分析純｡

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 pH對(duì)處理效果的影響

　　Fe0､Fe2+､Fe3+投加量均為4.0mmol/L,H2O2投加量均為6.0mL/L,反應(yīng)時(shí)間為100min的條件下,pH值調(diào)為2.0､3.0､4.0､5.0､6.0､7.0,考察pH對(duì)COD和色度的影響｡COD結(jié)果如圖1所示,COD的去除率隨著pH的增加,呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)pH=3.0時(shí),去除率都達(dá)到最大值｡當(dāng)pH過低時(shí),水樣中大量存在的H+抑制了反應(yīng)(2),使得Fe2+的循環(huán)產(chǎn)生減少,影響·OH的生成,去除率低;當(dāng)pH 過高時(shí),水中OH- 的增多,限制了反應(yīng)(1)進(jìn)行,導(dǎo)致·OH減少,同時(shí)H2O2 會(huì)隨著pH的增大自發(fā)的分解成H2O和O2,游離的Fe2+和Fe3+離子會(huì)與水中的OH-形成絡(luò)合物,使得游離態(tài)的Fe2+和Fe3+濃度降低,·OH產(chǎn)生量減少,去除率低｡

 　　圖1中,3個(gè)體系COD的處理效果:H2O2/Fe0體系>H2O2/Fe3+體系>H2O2/Fe2+體系｡因?yàn)樵趐H相同的條件下,H2O2/Fe3+體系中,先進(jìn)行反應(yīng)(3)生成Fe2+,生成的Fe2+便直接參與到反應(yīng)(1),并且水中存在的Fe3+數(shù)量遠(yuǎn)大于Fe2+的,抑制了反應(yīng)(5),減少了· OH的消耗,提高了Fe2+的有效利用率,使得COD去除率較高;H2O2/Fe0 體系中存在下面的反應(yīng)[14]:

 　　反應(yīng)(8)､(9)能夠?yàn)镕enton反應(yīng)大量提供Fe2+,使得反應(yīng)(1)能最大程度地進(jìn)行,Fe2+的產(chǎn)生方式使得副反應(yīng)減少,Fe2+利用率高,這樣產(chǎn)生的·OH就比其他2個(gè)反應(yīng)體系多,從而使得COD去除率最高｡

　　在給定的pH 條件下,色度的去除率都為100%｡因?yàn)?個(gè)體系都能形成Fe(OH)3,Fe(OH)3具有絮凝作用,其只在pH低于1.7時(shí)才會(huì)溶解,并且染料除了被絮凝還要被Fenton所氧化降解｡

　　pH 為3.0 時(shí),H2O2/Fe0､H2O2/Fe2+､H2O2/Fe3+3個(gè)體系的處理效果都達(dá)到最好,H2O2/Fe0 反應(yīng)體系COD去除率為95.15%,H2O2/Fe2+反應(yīng)體系COD去除率92.11%,H2O2/Fe3+反應(yīng)體系COD去除率為93.76%,3個(gè)體系的色度去除率均為100%｡

　　2.2 H2O2 投加量對(duì)處理效果的影響

　　Fe0､Fe2+､Fe3+投加量均為4.0mmol/L,pH為3.0,反應(yīng)時(shí)間為100min的條件下,H2O2 投加量設(shè)定為2.0､4.0､6.0､8.0､10.0､12.0､14.0mL/L,考察H2O2 投加量對(duì)COD和色度的影響,結(jié)果如圖2所示:隨著H2O2 的投加量的不斷增加,3個(gè)體系的COD的去除率都不斷提高,最終趨于穩(wěn)定｡因?yàn)殡S著H2O2 的投加量增加,反應(yīng)(1)不斷進(jìn)行,·OH產(chǎn)生量增多,COD去除率升高,當(dāng)去除率穩(wěn)定后,繼續(xù)投加H2O2 時(shí),促進(jìn)了反應(yīng)(4)的有效進(jìn)行,從而消耗了這部分過量的H2O2 與該部分H2O2 產(chǎn)生的·OH,使得去除率穩(wěn)定｡H2O2 為二元弱酸,第一級(jí)電離常數(shù)K1 為1.55×10-12,第二級(jí)電離常數(shù)K2 為1×10-25,在給定的投加范圍內(nèi),H2O2 對(duì)pH無(wú)明顯的影響,對(duì)Fenton反應(yīng)無(wú)影響｡

 　　圖2中,3個(gè)體系COD的處理效果:H2O2/Fe0體系>H2O2/Fe3+體系>H2O2/Fe2+體系;當(dāng)3個(gè)體系處理效果都達(dá)到最好時(shí),所消耗的H2O2 投加量:H2O2/Fe0 體系>H2O2/Fe3+ 體系>H2O2/Fe2+ 體系,因?yàn)樵谙嗤�反�?yīng)條件下,H2O2/Fe0 體系中產(chǎn)生的Fe2+較多､有效利用率最大,雖然H2O2/Fe2+體系中Fe2+的含量最多,但過多的Fe2+參與了反應(yīng)(5)使得Fe2+有效利用率低,而H2O2/Fe3+體系中Fe2+產(chǎn)生量不算多,但是產(chǎn)生以后就直接被利用,故有上述結(jié)果｡具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　雖然雙氧水投加量的不斷增加,但是色度的去除率恒為100%,說明色度的去除與雙氧水的投加量無(wú)明顯關(guān)系｡

　　當(dāng)H2O2 的投加量為12.0mL時(shí),H2O2(mL)∶Fe0(mmol)=3∶1,H2O2/Fe0 體系處理效果達(dá)到最好,COD去除率為95.77%;當(dāng)H2O2 的投加量為10.0mL時(shí),H2O2(mL)∶Fe3+(mmol)=2∶5,H2O2/Fe3+ 體系處理效果達(dá)到最好,COD 去除率為94.13%;當(dāng)H2O2 的投加量為8.0 mL時(shí),H2O2(mL)∶Fe2+(mmol)=2∶1,H2O2/Fe2+體系處理效果達(dá)到最好,COD去除率為93.17%,3個(gè)體系的色度去除率均為100%｡

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